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该水库是一座以农田灌溉为主,兼有防洪、发电、供水等效益的综合性水利工程。水库肩负着该市几万亩农田灌溉和年供水150万m3的任务,水库具有削峰滞洪功能,防洪库容190万m3,对防洪起着重要作用,水质良好。
坝址处于河谷由宽变窄的谷口处,为中低山河谷地貌,河谷为纵向谷,左岸为顺向坡,右岸为逆向坡。坝址处河谷呈不对称“V"型,左陡右缓,坡角20-60度。左岸环湖公路通过坝肩,公路以下为自然坡型,坡角30-60度,植被发育。公路以上为梯坎式耕地,坡角10-30度。左坝肩下游距坝肩9-69m,范围岩体曾发生顺层滑坡,滑体堆积滑床及滑落河床,其后缘边界已作浆砌石挡墙,墙高5-10余米。
坝址出露下三迭统永宁镇组第三段(T1yn3)地层,岩性为灰色中至厚层石灰岩,夹薄至中厚层泥灰岩和泥质白云岩,岩石较完整致密,坝址处无断裂构造通过,左坝肩及滑坡地段为一宽缓背斜的倾伏部位,岩层倾向右岸,为顺向坡,其上下游两侧岩层分别倾向右岸偏上游和倾向右岸偏下游。岩层倾角3-20度。裂隙主要见于左坝肩至滑坡地段。主要有下列几组:
1、185-95度,倾角63度,延伸长约10m,切层深约10m,宽5-10cm;
2、25-295度,倾角75度,延伸长约5-8m,切层深4-6m,宽5-10cm;
3、70-160度,倾角80度,延伸长5-10m,切层深8-10m;
4、130-40度,倾角70度,延伸长约10m,切层深5-8m;
裂隙为张性,多充填粘土,形成不利组合结构面,对坝肩岸坡稳定不利。96年6月30日夜,水库区普降暴雨,致使水库左坝肩下游距坝肩9至69m处发生滑坡,滑动面外缘长60m,内缘长114m,部份滑坡体残留在岸坡上,部份堆积在大坝下游9-47m范围的河道内,滑坡体主要为两组裂隙切割形成的独立块体。滑坡体处于坝区背斜轴部,轴线走向大致为N45E,两翼倾角平缓,但不对称,轴线向SW向倾伏,倾角不大,受张力作用平行背斜轴线方向,裂隙发育。
一、稳定系数及抗滑力
(2K1)~(2K2),故边坡稳定计算中必须考虑渗水压力的作用。该滑坡属平面型滑坡(据GB50287~99《水利水电工程地质勘察规范》分类)根据GB50021~2001《岩土工程勘察规范》,稳定系数计算公式如下:
-1
-2
-3
式中Fs为稳定系数,u为渗水扬压力,V为孔隙水压力,W为滑体所受重力,tgФ、c、β分别为结构面(滑动面)的摩擦系数,粘聚力和倾角,H为滑体高度,Z为孔隙高度,rw为水窖重,Zw为渗水高度,A为滑动面面积。
已知β=9°,假设C=0,rw=1T/m3,在临界状态下(Fs=1),结构面的摩擦系数公式由(-1)式,(-2)式和(-3)式简化为:
tgΦ=(+)/(-U-)-4
U=(H-Z)-5
V=-6
将滑坡体分为三个块体,分别编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。按所受影响程度将三个滑体分为两类:Ⅱ号滑体为Ⅰ类,Ⅰ号、Ⅲ号滑体为Ⅱ类。三个滑体近似为矩形体。根据(-4)式t和(-5)式计算每个滑体结构的面的摩擦系数。,单宽长为L,高为h。
经计算,I、Ⅱ、Ⅲ号滑体结构面摩擦系数分别为:
I号滑体tgΦ′Ⅰ=tgΦI×=
Ⅱ号滑体tgΦ′Ⅱ=tgΦⅡ×=
Ⅲ号滑体tgΦ′Ⅲ=tgΦⅢ×=
设抗滑力为x,C取0,由(-1)式得:
Fs=(Wcosβ-U-Vsinβ)tgΦ/(Wsinβ+Vcosβ-X)-7
式中各符号物理意义同前。已知β=90,化简(-7)式得:
X=+-1/Fs(-U-)-8
根据规范要求及各滑坡区段所受滑坡影响的程度,选择不同的安全系数进行稳定计算。Ⅰ号滑坡区段临近坝端,且以变形,直接影响大坝安全,;Ⅱ号及Ⅲ号滑坡区段受影响较小,且未变形,。
经计算,三个滑体的总抗滑力分别为:
Ⅰ号滑体XⅠ′=30XⅠ=1927T
Ⅱ号滑体XⅡ′=25XⅡ=
Ⅲ号滑体XⅢ′=42XⅢ=
三个滑体所受的总重力分别为:
Ⅰ号滑体WⅠ′=30WⅠ=32760T
Ⅱ号滑体WⅡ′=25WⅡ=14365T
Ⅲ号滑体WⅢ′=42WⅢ=10319T
若设挡土墙,那么所需挡土墙的顶宽2m,底宽8m,外缘边坡为1:,基础厚2m,才能挡住岩体下滑时产生的下滑力,经计算,,,均满足要求。
根据抗滑力大小,设计锚固桩19个,单桩阻滑力为150T。其中Ⅰ号滑坡体布设13个,Ⅱ号滑坡体布设3个,Ⅲ号滑坡体布设3个。锚固桩为全淹埋式,桩底嵌入T1yn3-1完整灰岩内5m。根据工程类比法,受力筋为7Φ25钢筋,其余架立筋为Φ20钢筋,箍筋为Φ******@200钢筋,钢筋制安按有关规范要求进行。砼标号为C20。锚固桩在清除覆盖层及松动滑塌体的基础上开挖施工。
设计采用200t级预应力锚索锚固Ⅰ号和Ⅱ号滑体,50t级预应力锚索锚固Ⅲ号滑体。考虑既能较好地发挥预应力锚索的效果及便于钻孔施工,设计锚索与水平面夹角为600,锚索倾向与滑移面倾向相反,此时锚索与滑移面的夹角为690。
经计算,Ⅰ号、Ⅱ号滑体所需200T级和Ⅲ号滑体所需的50T级的预应力锚索根数。
Ⅰ号滑体:N200Ⅰ=18(根),Ⅱ号滑体:N200Ⅱ=3(根),Ⅲ号滑体:N50Ⅲ=7(根)。
预应力锚索在清除覆盖层和松动滑塌体后的完整基岩上施工。锚固工程按先锚固Ⅰ、Ⅱ区,再清除Ⅲ区滑坡残留体的施工顺序进行。
虽然三种方案均能达到治理滑坡的目的,经技术经济方案比较,预应力锚索方案投资最少,效果最好,施工较容易,因此选择预应力锚索方案较为适宜。
通过对该水库左坝肩滑坡形成机制及原理进行分析,根据滑坡的实际情况进行处理方案的技术经济比较,对该滑坡进行有效的工程措施,从而保证了大坝的安全和水库的正常运行。
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